JP6733407B2 - 光伝送システム、光伝送方法及び複素共役光生成部 - Google Patents

Description

この発明は、伝送により発生した波長分散を補償できる光伝送システムに関する。

光ファイバを利用した光通信ネットワークにおいて、伝送によって減衰した光信号の強度を増幅するために、光信号の通信経路に光増幅装置が設置される。

ここで、現在、光通信ネットワークのトラフィックの増加に対応するため、周波数利用効率の優れた多値変調方式を適用した大容量光伝送システムの開発が進められている。導入が検討されているチャネル伝送容量４００Ｇｂｐｓ光伝送システムでは、１６−ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の多値度の高い変調方式が適用される。このような多値変調信号の伝送における問題点として、信号雑音比(ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）の劣化に対する脆弱性が挙げられる。そのため、光信号の長距離伝送に当たり、雑音指数の小さい光増幅技術が求められている。

周知の光増幅装置として、例えば、エルビウムイオンがコアにドープされた光ファイバを利用したＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）がある。ＥＤＦＡでは、励起光が供給された状態の光ファイバに入力された光信号が、誘導放出によって増幅される。

ＥＤＦＡでは、自然放出によって発生した光（自然放出光）が、雑音として光信号に加わるため、入力光のＳＮＲに比して、出力光のＳＮＲが劣化する。なお、以下の説明では、入力光のＳＮＲを出力光のＳＮＲで除した値を雑音指数とも称する。そして、自然放出光による雑音（ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）雑音）を、量子限界未満に低減することはできない。そのため、従来のＥＤＦＡを用いた光増幅では、雑音指数を２（すなわち３ｄＢ）未満に低減することが原理的に不可能であった。

光信号を増幅するに当たり、雑音指数をより低減する技術として、パラメトリック増幅が知られている。パラメトリック増幅では、非線形光学素子に、増幅すべき光信号（以下、シグナル光とも称する）とポンプ光とを入力する。そして、非線形光学効果の一つであるカスケード二次高調波発生/差周波発生や四光波混合を利用して、ポンプ光のエネルギーをシグナル光に付与することによって、シグナル光を増幅する。パラメトリック増幅に利用される非線形光学素子としては、例えばＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌｅｄ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）導波路や高非線形ファイバがある。

パラメトリック増幅を利用した光増幅装置（以下、パラメトリック増幅器とも称する）として、ＰＳＡ（Ｐｈａｓｅ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）がある。ＰＳＡは、非線形光学素子を備えていて、非線形光学素子においてパラメトリック増幅によって光信号を増幅させる。ＰＳＡでは、増幅利得が、入力光の位相に依存する。そして、ＰＳＡでは、上述したＥＤＦＡでは実現できない２（すなわち３ｄＢ）未満の雑音指数が達成されている。そのため、光通信に用いる光増幅装置として、ＰＳＡが注目されている（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１に係る光伝送システムでは、量子限界まで改善したＥＤＦＡを用いる場合と比べ、雑音指数が６ｄＢ改善されている。

ここで、波長分割多重信号のような広帯域な信号を一括増幅する場合には、波長分散が問題となる。波長分散が生じた場合には、シグナル光とポンプ光とアイドラー光との相対位相が、シグナル光の波長に依存した値となる。その結果、ＰＳＡにおけるシグナル光の増幅利得がシグナル光の波長に依存し、平坦な利得特性が得られない。

そこで、非特許文献１に係る光伝送システムでは、ＰＳＡの前段に分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｆｉｂｅｒ）を設置することによって、波長分散を補償している。

"Noise performance of optical fiber transmission links that use non-degenerate cascaded phase-sensitive amplifiers" Z. Tong et al., Opt. Expr., vol.18, no.15, p.15426, 2010

しかしながら、今後導入される１００Ｇｂｐｓや４００Ｇｂｐｓのデジタルコヒーレント光伝送システムでは、受信器のデジタル領域で行う信号処理によって、波長分散を補償することが可能となる。そのため、伝送路の中途に設置されたＤＣＦは、今後除去されていくことが想定される。ＤＣＦが除去された場合、光増幅装置としてＰＳＡを用いる光伝送システムにおいて、上述した増幅利得の波長依存性の問題を解消することができなくなる。

なお、ＤＣＦによる波長分散補償とは別の方法として、ＰＳＡの入力側に、チャネル毎に位相制御器を設置することも考えられる。しかし、この場合には、ＰＳＡの構成が複雑化するという問題がある。

この発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、光増幅装置としてＰＳＡを用いる場合において、ＤＣＦを用いることなく、波長分散を補償できる光伝送システム及び光伝送方法を提供することにある。

上述の目的を達成するために、この発明による光伝送システムは、以下の特徴を備えている。

すなわち、この発明による光伝送システムは、アイドラー光生成部と、それぞれが前段伝送路、複素共役光生成部、後段伝送路及び光増幅部を、この順に直列に接続された第１〜第ｎ（ｎは１以上の整数）分散補償機構とを備えて構成される。

アイドラー光生成部は、ポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む合波光を出力する。

前段伝送路は、入力合波光を複素共役光生成部に送る。

複素共役光生成部には、入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光として入力合波光に含まれるシグナル光、及び入力アイドラー光として入力合波光に含まれるアイドラー光が入力される。そして、複素共役光生成部は、入力シグナル光の複素共役光として、前段伝送路において入力シグナル光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力アイドラー光を生成し、また、入力アイドラー光の複素共役光として、前段伝送路において入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力シグナル光を生成する。さらに、複素共役光生成部は、入力シグナル光及び入力アイドラー光を除去して、ポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を出力する。

後段伝送路は、複素共役光生成部から出力されるポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を光増幅部に送り、
光増幅部は、後段伝送路から送られる出力アイドラー光及び出力シグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を含む出力合波光を出力する。

第１分散補償機構に含まれる前段伝送路は、入力合波光として上述した合波光を複素共役光生成部に送る。

なお、ｎが２以上の場合は、第ｎ分散補償機構に含まれる前段伝送路は、入力合波光として、第ｎ―１分散補償機構に含まれる光増幅部からの出力合波光を複素共役光生成部に送る。

また、前段伝送路及び後段伝送路における波長分散量は同程度である。

この発明による光伝送方法は、アイドラー光生成過程と、第１〜第ｎ（ｎは１以上の整数）段の分散補償過程とを備える。

アイドラー光生成過程では、ポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む合波光を出力する。

分散補償過程は、入力合波光に第１の波長分散量を与える第１過程と、入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光として入力合波光に含まれるシグナル光、及び入力アイドラー光として入力合波光に含まれるアイドラー光に基づき、入力シグナル光の複素共役光として、第１過程において入力シグナル光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力アイドラー光を生成し、入力アイドラー光の複素共役光として、第１過程において入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力シグナル光を生成し、入力シグナル光及び入力アイドラー光を除去して、ポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を出力する第２過程と、出力アイドラー光、出力シグナル光に第２の波長分散量を与える第３過程と、出力アイドラー光及び出力シグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を含む出力合波光を出力する第３過程とを含む。

第１分散補償過程では、入力合波光として上述した合波光に対して、分散補償過程を行う。

なお、ｎが２以上の場合は、第ｎ分散補償過程では、入力合波光として、第ｎ―１分散補償過程で出力される出力合波光に対して、分散補償過程を行う。

また、第１の波長分散量と第２の波長分散量が同程度である。

本発明の光伝送システム及び光伝送方法では、分散補償機構の複素共役光生成部によって、入力シグナル光及び入力アイドラー光が出力アイドラー光及び出力シグナル光に変換される。そのため、前段伝送路において入力シグナル光及び入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が、複素共役光生成部において反転される。その結果、出力アイドラー光及び出力シグナル光を、波長分散量が前段伝送路と同程度に設定された後段伝送路を伝送させることによって、前段伝送路で生じた累積波長分散を補償することができる。従って、本発明の光伝送システム及び光伝送方法では、ＤＣＦを設置することなく、波長分散を補償することができる。

光伝送システムを模式的に示した概略構成図である。 光伝送システムが備えるアイドラー光生成部を模式的に示した概略構成図である。 光伝送システムが備える複素共役光生成部を模式的に示した概略構成図である。 複数の分散補償機構を備える場合の光伝送システムを模式的に示した概略構成図である。 非特許文献１に係るシステムと本発明の光伝送システムとの波長分散補償特性を比較する図である。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（光伝送システム）
図１〜図３を参照して、この発明の実施の形態による光伝送システムの構成について説明する。図１は、光伝送システムを模式的に示した概略構成図である。図２は、光伝送システムが備えるアイドラー光生成部を模式的に示した概略構成図である。図３は、光伝送システムが備える複素共役光生成部を模式的に示した概略構成図である。図１〜図３では、各構成要素が線で結ばれているが、これは信号が伝播する伝送路を模式的に示したものである。

光伝送システム１００は、例えば局側装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）や加入者側装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）等の通信装置を含んで構成される光通信ネットワークである。そして、光伝送システム１００では、通信装置間を伝送される光信号の波長分散を補償しつつ、伝送によって減衰した光信号の強度を増幅することができる。増幅すべき光信号（ここでは、シグナル光とも称する）は、例えば位相偏移変調信号や振幅偏移変調信号等の、送信するべきデータで変調された周知の光信号である。

光伝送システム１００は、この順に直列に接続された、送信部１０１とアイドラー光生成部１０２と第１〜第ｎ（ｎは１以上の整数）分散補償機構１０３とフィルタ１０８と受信部１０９とを備えて構成されている。分散補償機構１０３は、前段伝送路１０４、複素共役光生成部１０５、後段伝送路１０６及び光増幅部１０７を含んで構成されている。送信部１０１は、例えばＯＬＴやＯＮＵ等の通信装置に設けられている。また、受信部１０９は、送信部１０１が設けられているのとは別の通信装置に設けられている。光伝送システム１００では、これら通信装置間におけるシグナル光の通信経路に、アイドラー光生成部１０２及び第１〜第ｎ分散補償機構１０３が設置される。なお、図１では、ｎ＝１の場合、すなわち光伝送システム１００が１つの分散補償機構１０３を備える場合の構成例を示している。

送信部１０１は、シグナル光Ｓ１０１を生成して、アイドラー光生成部１０２に送る。
送信部１０１は、シグナル光Ｓ１０１は、単一チャネルの光信号、又は例えばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式やＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）で多重化された２以上のチャネル数を有する光信号である。

アイドラー光生成部１０２は、入力ポート１１１と、ポンプ光源１１２と、合波部１１６と、非線形光学素子１１７と、振幅調整機構１１８と、出力ポート１１９とを備えて構成されている（図２）。

入力ポート１１１は、送信部１０１から送られるシグナル光Ｓ１０１を合波部１１６に送る。

ポンプ光源１１２は、ポンプ光Ｓ１０３を生成する。ポンプ光源１１２は、例えば外部共振器光源１１３、光増幅器１１４及びバンドパスフィルタ１１５を含んで構成される。ポンプ光の位相雑音はシグナル光に付加される。このため、ポンプ光源１１２には、周波数スペクトルの線幅が十分に細い外部共振器光源１１３を用いることが望ましい。例えば、外部共振器光源１１３として、シグナル光Ｓ１０１と偏波面が一致するレーザダイオード出力光を生成するレーザダイオードが用いられる。また、誘導ブルリアン散乱を防止するために、外部共振器光源１１３として、位相変調機能を有するものを用いるのが好ましい。

ポンプ光の波長は、シグナル光の波長帯域外に設定されなければならない。例えば、シグナル光の波長帯域がＣバンド（１５３０−１５６５ｎｍ）の場合、ポンプ光の波長はＣバンドと分離が可能な波長として、例えば、１５２５ｎｍ又は１５７０ｎｍとするのが良い。

なお、非線形光学素子１１７において、少なくともパラメトリック増幅が生じる程度のポンプ光強度が必要である。このため、レーザダイオード出力光は、光増幅器１１４によって強度が増幅される。光増幅器１１４としては、例えばＥＤＦＡが用いられる。

光増幅器１１４で増幅されたレーザダイオード出力光は、バンドパスフィルタ１１５に送られる。バンドパスフィルタ１１５では、透過波長が、ポンプ光の波長帯域と一致する波長帯域に設定される。そして、バンドパスフィルタ１１５において、ポンプ光の波長帯域外に存在するＡＳＥ雑音が十分に低減された後、レーザダイオード出力光が、ポンプ光Ｓ１０３としてポンプ光源１１２から出力される。ポンプ光源１１２から出力されたポンプ光Ｓ１０３は、合波部１１６に送られる。

合波部１１６は、シグナル光Ｓ１０１とポンプ光Ｓ１０３とを合波する。そして、合波部１１６は、シグナル光とポンプ光とを含む合波光Ｓ１０５を出力し、非線形光学素子１１７に送る。

非線形光学素子１１７は、合波光Ｓ１０５に含まれるシグナル光をパラメトリック増幅によって増幅する。また、シグナル光及びポンプ光に基づき、シグナル光の波長変換光としてアイドラー光を生成する。

アイドラー光の位相は、入力したシグナル光とポンプ光の位相により決まり、シグナル光とアイドラー光は相関のある状態である。シグナル光、アイドラー光及びポンプ光の周波数をｆｓ、ｆｉ及びｆｐとすると、各周波数の関係はｆｉ＝２ｆｐ−ｆｓとなる。

非線形光学素子１１７は、許容されるポンプ光強度で、十分な利得と、帯域幅が得られる必要がある。これを満たすデバイスとして、高非線形ファイバ又はＰＰＬＮ導波路を用いることができる。高非線形ファイバでは四光波混合、ＰＰＬＮ導波路ではＳＨＧ／ＤＦＧ（二次高調波発生／差周波発生）カスケード波長変換が、パラメトリック増幅器の動作原理となる。

例えば、高非線形ファイバを用いる場合においては、ゼロ分散波長がポンプ光の波長付近に存在し、及び分散スロープが小さいと、十分な利得と帯域幅が得られる。また、偏波保持特性を有することが望ましい。また、ＰＰＬＮ導波路を用いる場合においては、ポンプ光の波長において疑似位相整合条件が成立することが条件となる。

なお、非線形光学素子１１７は高非線形ファイバやＰＰＬＮ導波路を用いた構成に限定されない。十分な利得と帯域幅が得られるのであれば、シリコン細線導波路や半導体光増幅器などを用いても良い。

そして、非線形光学素子１１７は、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む合波光Ｓ１０７を出力し、振幅調整機構１１８へ送る。

振幅調整機構１１８は、合波光Ｓ１０７に含まれるシグナル光、ポンプ光及びアイドラー光のパワーを調整し、例えば１０ｄＢｍ以下まで低下させる。この結果、後述する前段伝送路１０４における誘導ブルリアン散乱を防止できる。

振幅調整機構１１８によってパワー調整された合波光Ｓ１０７は、出力ポート１１９から出力され、入力合波光として分散補償機構１０３に送られる。なお、以下の説明では、分散補償機構１０３に入力される合波光Ｓ１０７を、入力合波光Ｓ１０７とも称する。また、入力合波光Ｓ１０７に含まれるシグナル光を入力シグナル光、及び入力合波光Ｓ１０７に含まれるアイドラー光を入力アイドラー光とも称する。

分散補償機構１０３は、前段伝送路１０４、複素共役光生成部１０５、後段伝送路１０６及び光増幅部１０７とを備えて構成されている。

前段伝送路１０４は、アイドラー光生成部１０２から送られる入力合波光Ｓ１０７を、複素共役光生成部１０５に送る。

前段伝送路１０４としては、例えばＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）を用いることができる。

前段伝送路１０４では、ファイバの損失等により、伝播する入力合波光Ｓ１０７に雑音が付加される。ここで付加される雑音は、シグナル光の帯域に存在する雑音と、アイドラー光の帯域に存在する雑音とで無相関の雑音である。そのため、シグナル光の帯域に存在する雑音と、アイドラー光の帯域に存在する雑音とで相関のある雑音に対し、この無相関の雑音の割合が大きくなれば、シグナル光の帯域とアイドラー光の帯域とで、雑音の相関性を低減することができる。そこで、前段伝送路１０４は、相関のある雑音の割合を低減するために十分な損失を有するように設定される。一般的に、ＳＭＦ等の伝送路は、距離を長くとることによって、損失が大きくなり、付加される雑音が増大する。そのため、前段伝送路１０４の長さを調整することによって、相関のある雑音の割合を調性することができる。

複素共役光生成部１０５は、入力ポート１２１、分波部１２２、ポンプ光再生部１２３、第１合波部１２４、第１非線形光学素子１２５、第１フィルタ１２６、第２合波部１２７、第２非線形光学素子１２８、第２フィルタ１２９、第３合波部１３０、振幅調整機構１３１及び出力ポート１３２を備えて構成される（図３）。

入力ポート１２１は、前段伝送路１０４から送られる入力合波光Ｓ１０７を分波部１２２に送る。

分波部１２２は、入力合波光Ｓ１０７を、この入力合波光Ｓ１０７に含まれるポンプ光Ｓ１０８、入力シグナル光Ｓ１０９、及び入力アイドラー光Ｓ１１０に３分岐する。そして、ポンプ光Ｓ１０８をポンプ光再生部１２３に、入力シグナル光Ｓ１０９を第１合波部１２４に、及び入力アイドラー光Ｓ１１０を第２合波部１２７に、それぞれ送る。

ポンプ光再生部１２３は、伝送により減衰したポンプ光Ｓ１０８を、位相を保持しつつ、十分な強度及びＳＮＲに再生する。ポンプ光Ｓ１０８の再生には、例えば注入同期光源を用いた方式、又は光位相同期ループを用いた方式を用いることができる。

ポンプ光再生部１２３は、再生したポンプ光Ｓ１０８を３分岐し、第１ポンプ光Ｓ１１１を第１合波部１２４に、第２ポンプ光Ｓ１１２を第２合波部１２７に、第３ポンプ光Ｓ１１３を振幅調整機構１３１に、それぞれ送る。

第１合波部１２４は、入力シグナル光Ｓ１０９及び第１ポンプ光Ｓ１１１を合波し、これら入力シグナル光Ｓ１０９及び第１ポンプ光Ｓ１１１を含む第１合波光Ｓ１１４を第１非線形光学素子１２５に送る。

第１非線形光学素子１２５は、第１合波光Ｓ１１４に含まれる入力シグナル光Ｓ１０９及び第１ポンプ光Ｓ１１１に基づき、入力シグナル光Ｓ１０９の複素共役光として出力アイドラー光を生成する。入力シグナル光、出力アイドラー光及びポンプ光の周波数をｆｓ１、ｆｉ１及びｆｐ１とすると、各周波数の関係はｆｉ１＝２ｆｐ１−ｆｓ１となる。

第１非線形光学素子１２５としては、上述した非線形光学素子１１７と同様に、例えば高非線形ファイバ、ＰＰＬＮ導波路、シリコン細線導波路又は半導体光増幅器を用いることができる。

そして、第１非線形光学素子１２５は、入力シグナル光、出力アイドラー光及び第１ポンプ光を含む合波光Ｓ１１５を出力し、第１フィルタ１２６へ送る。

第１フィルタ１２６は、バンドパスフィルタである。そして、第１フィルタ１２６は、合波光Ｓ１１５に含まれる入力シグナル光及び第１ポンプ光を除去して、出力アイドラー光Ｓ１１６を出力する。出力された出力アイドラー光Ｓ１１６は、第３合波部１３０に送られる。

第２合波部１２７は、入力アイドラー光Ｓ１１０及び第２ポンプ光Ｓ１１２を合波し、これら入力アイドラー光Ｓ１１０及び第２ポンプ光Ｓ１１２を含む第２合波光Ｓ１１７を第２非線形光学素子１２８に送る。

第２非線形光学素子１２８は、第２合波光Ｓ１１７に含まれる入力アイドラー光Ｓ１１０及び第２ポンプ光Ｓ１１２に基づき、入力アイドラー光Ｓ１１０の複素共役光として出力シグナル光を生成する。出力シグナル光、入力アイドラー光、及びポンプ光の周波数をｆｓ２、ｆｉ２及びｆｐ２とすると、各周波数の関係はｆｓ２＝２ｆｐ２−ｆｉ２となる。

第２非線形光学素子１２８としては、上述した非線形光学素子１１７及び第１非線形光学素子１２５と同様に、例えば高非線形ファイバ、ＰＰＬＮ導波路、シリコン細線導波路又は半導体光増幅器を用いることができる。

そして、第２非線形光学素子１２８は、入力アイドラー光、出力シグナル光及び第２ポンプ光を含む合波光Ｓ１１８を出力し、第２フィルタ１２９へ送る。

第２フィルタ１２９は、バンドパスフィルタである。そして、第２フィルタ１２９は、合波光Ｓ１１８に含まれる入力アイドラー光及び第２ポンプ光を除去して、出力シグナル光Ｓ１１９を出力する。出力された出力シグナル光Ｓ１１９は、第３合波部１３０に送られる。

振幅調整機構１３１は、後述する後段伝送路１０６における誘導ブルリアン散乱を防止するために、第３ポンプ光Ｓ１１３のパワーを調整する。振幅調整機構１３１によってパワー調整された第３ポンプ光Ｓ１１３は、第３合波部１３０に送られる。

第３合波部１３０は、出力アイドラー光Ｓ１１６、出力シグナル光Ｓ１１９及び第３ポンプ光Ｓ１１３を合波し、これら出力アイドラー光Ｓ１１６、出力シグナル光Ｓ１１９及び第３ポンプ光Ｓ１１３を含む合波光Ｓ１２０を出力ポート１３２に送る。

出力ポート１３２は、合波光Ｓ１２０を後段伝送路１０６に送る。

このように、複素共役光生成部１０５は、入力合波光Ｓ１０７に含まれる入力シグナル光を出力アイドラー光に変換し、また、入力アイドラー光を出力シグナル光に変換する。その結果、前段伝送路１０４を伝送することによって、入力シグナル光及び入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号を反転させることができる。

後段伝送路１０６は、複素共役光生成部１０５から送られる合波光Ｓ１２０を、光増幅部１０７に送る。

後段伝送路１０６としては、例えばＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）を用いることができる。

後段伝送路１０６は、上述した前段伝送路１０４と波長分散量が同程度となるように設計される。波長分散量は、伝送距離に依存するため、前段伝送路１０４及び後段伝送路１０６として同種の伝送路を用いる場合には、前段伝送路１０４及び後段伝送路１０６を等しい長さとすることによって、これらの波長分散量を等しくすることができる。

上述したように、複素共役光生成部１０５によって入力シグナル光及び入力アイドラー光が出力アイドラー光及び出力シグナル光に変換されることによって、前段伝送路１０４において、入力シグナル光及び入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転されている。そのため、出力アイドラー光及び出力シグナル光を、波長分散量が前段伝送路１０４と同程度に設定された後段伝送路１０６を伝送させることによって、前段伝送路１０４で生じた累積波長分散を補償することができる。

光増幅部１０７は、後段伝送路１０６から送られる合波光Ｓ１２０に含まれる出力シグナル光及び出力アイドラー光の強度をパラメトリック増幅によって増幅する。

光増幅部１０７は、ＰＳＡとして機能し、合波光Ｓ１２０に含まれる出力シグナル光と第３ポンプ光（単にポンプ光とも称する）と出力アイドラー光との相対位相に基づいた増幅利得で、出力シグナル光及び出力アイドラー光を増幅する。なお、この実施の形態では、光増幅部１０７は、シグナル光とアイドラー光が異なる波長に存在する非縮退ＰＳＡである。

光増幅部１０７としては、例えば高非線形ファイバ、ＰＰＬＮ導波路、シリコン細線導波路又は半導体光増幅器を用いることができる。

そして、光増幅部１０７は、ポンプ光、並びに増幅された出力シグナル光及び出力アイドラー光を含む出力合波光Ｓ１２１を出力する。出力合波光Ｓ１２１は、フィルタ１０８に送られる。

フィルタ１０８は、バンドパスフィルタである。そして、フィルタ１０８は、出力合波光Ｓ１２１に含まれるポンプ光及び出力アイドラー光を除去して、出力シグナル光Ｓ１２２を出力する。出力された出力シグナル光Ｓ１２２は、受信部１０９によって受信側の通信装置に受信される。なお、受信側の通信装置において、出力シグナル光Ｓ１２２とともに、出力アイドラー光を利用する場合には、フィルタ１０８がポンプ光のみを除去し、出力シグナル光及び出力アイドラー光を出力する構成とすることもできる。

以上に説明したように、光伝送システム１００では、分散補償機構１０３の複素共役光生成部１０５によって、入力シグナル光及び入力アイドラー光が出力アイドラー光及び出力シグナル光に変換される。そのため、前段伝送路１０４において入力シグナル光及び入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転される。その結果、出力アイドラー光及び出力シグナル光を、波長分散量が前段伝送路１０４と同程度に設定された後段伝送路１０６を伝送させることによって、前段伝送路１０４で生じた累積波長分散を補償することができる。従って、光伝送システム１００では、ＤＣＦを設置することなく、波長分散を補償することができる。

さらに、光伝送システム１００では、複素共役光生成部１０５における、入力シグナル光及び入力アイドラー光から出力アイドラー光及び出力シグナル光への変換によって、前段伝送路１０４で生じた、入力シグナル光及び入力アイドラー光の波形の歪みも反転される。その結果、出力アイドラー光及び出力シグナル光を、後段伝送路１０６を伝送させることによって、波形の歪みについても補償することができる。

ここで、この実施の形態では、光伝送システムが１つの分散補償機構１０３を備える場合の構成例について説明した。しかし、光伝送システムは、分散補償機構１０３を複数備える構成とすることもできる。図４に、ｎ個（ｎは２以上の整数）の分散補償機構１０３（すなわち第１〜第ｎ分散補償機構１０３−１〜ｎ）を備える場合の光伝送システム２００を示す。

この場合には、アイドラー光生成部１０２とフィルタ１０８との間において、第１〜第ｎ分散補償機構１０３−１〜ｎを直列に接続する。そして、第ｎ分散補償機構１０３−ｎには、第ｎ―１分散補償機構１０３−ｎ−１から出力される出力合波光Ｓ１２１が、入力合波光Ｓ１０７として入力される。従って、第ｎ分散補償機構１０３−ｎに含まれる前段伝送路１０４は、入力合波光Ｓ１０７として、第ｎ―１分散補償機構に含まれる光増幅部１０７からの出力合波光Ｓ１２１を複素共役光生成部１０５に送る。

そして、第ｎ分散補償機構１０３−ｎでは、第ｎ―１分散補償機構１０３−ｎ−１から出力される出力合波光Ｓ１２１に含まれる出力シグナル光が、入力合波光Ｓ１０７における入力シグナル光として、出力合波光Ｓ１２１に含まれる出力アイドラー光が、入力合波光Ｓ１０７における入力アイドラー光として、それぞれ扱われる。

なお、光伝送システム２００が偶数個の分散補償機構１０３を備える場合、第ｎ分散補償機構１０３−ｎから出力される出力合波光Ｓ１２１には、送信部１０１が出力したシグナル光Ｓ１０１が偶数回変換されて生成された出力シグナル光が含まれる。そのため、偶数の分散補償機構１０３を備える場合には、元のシグナル光Ｓ１０１に基づく出力シグナル光を、受信部１０９が受信することができる。従って、光伝送システム２００が備える分散補償機構１０３は、偶数個であるのが好ましい。

一方、光伝送システム２００が奇数個の分散補償機構１０３を備える場合、第ｎ分散補償機構１０３−ｎから出力される出力合波光Ｓ１２１には、アイドラー光生成部１０２によって生成されたアイドラー光が奇数回変換されて生成された出力シグナル光が含まれる。アイドラー光生成部１０２で生成されるアイドラー光は、シグナル光Ｓ１０１のコピーであるため、シグナル光として扱うことが可能である。従って、この場合には、受信側の通信装置において、出力シグナル光をシグナル光として扱うことができる。

なお、光伝送システム２００が奇数個の分散補償機構１０３を備える場合であっても、第ｎ分散補償機構１０３−ｎから出力される出力合波光Ｓ１２１には、元のシグナル光Ｓ１０１が奇数回変換されて生成された出力アイドラー光が含まれる。従って、例えば受信側の通信装置に波長変換素子を設けることによって、この出力アイドラー光を、シグナル光の帯域に波長変換し、シグナル光として扱うこともできる。

（特性）
図５を参照して、上述した非特許文献１に係るシステムと本発明の光伝送システム１００との波長分散補償特性を比較する。

図５（Ａ）は、非特許文献１に係るシステムに係る波長分散補償特性を示す図である。図５（Ａ）上段は、非特許文献１に係るシステムを模式的に示した概略構成図であり、伝送路であるＳＭＦの中途にＤＣＦ及び光増幅部（ＰＳＡ）が設置された構成を示している。また、図５（Ａ）下段は、伝送によってシグナル光に生じる累積波長分散量を示している。図５（Ａ）下段では、縦軸に累積波長分散量を、横軸に伝送距離を、それぞれ任意単位でとって示してある。なお、図５（Ａ）下段の横軸（伝送距離）は、図５（Ａ）上段に示す各構成の位置と対応している。

一方、図５（Ｂ）は、本発明の光伝送システム１００に係る波長分散補償特性を示す図である。図５（Ｂ）上段は、光伝送システム１００を模式的に示した概略構成図であり、複数の分散補償機構１０３を直列に接続した構成を示している。ここでは、光伝送システム１００は、図５（Ａ）に示す非特許文献１に係るシステムからＤＣＦを除去した上で、光増幅部１０７たるＰＳＡを１つおきに複素共役光生成部１０５に置き換えた構成としてある。また、図５（Ｂ）下段は、伝送によってシグナル光に生じる累積波長分散量を示している。図５（Ｂ）下段では、縦軸に累積波長分散量を、横軸に伝送距離を、それぞれ任意単位でとって示してある。なお、図５（Ｂ）下段の横軸（伝送距離）は、図５（Ｂ）上段に示す各構成の位置と対応している。

図５（Ａ）に示すように、非特許文献１に係るシステムでは、伝送路であるＳＭＦで生じた累積波長分散が、ＤＣＦにおいて補償される。一方、図５（Ｂ）に示すように、光伝送システム１００では、各分散補償機構１０３において、前段伝送路１０４で生じた累積波長分散が、後段伝送路１０６で補償される。

このように、光伝送システム１００では、ＤＣＦを設置することなく、非特許文献１に係るシステムと同様に波長分散を補償することができる。

１００、２００：光伝送システム
１０１：送信部
１０２：アイドラー光生成部
１０３：分散補償機構
１０４：前段伝送路
１０５：複素共役光生成部
１０６：後段伝送路
１０７：光増幅部
１０８：フィルタ
１０９：受信部

Claims (6)

1. アイドラー光生成部と、
   それぞれが、前段伝送路、複素共役光生成部、後段伝送路及び光増幅部が、この順に直列に接続された第１〜第ｎ（ｎは１以上の整数）分散補償機構と
   を備え、
   前記アイドラー光生成部は、ポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む合波光を出力し、
   前記前段伝送路は、入力合波光を前記複素共役光生成部に送り、
   前記複素共役光生成部は、
   前記入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光として前記入力合波光に含まれるシグナル光、及び入力アイドラー光として前記入力合波光に含まれるアイドラー光が入力され、
   入力シグナル光の複素共役光として、前記前段伝送路において前記入力シグナル光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力アイドラー光を生成し、
   入力アイドラー光の複素共役光として、前記前段伝送路において前記入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力シグナル光を生成し、
   入力シグナル光及び入力アイドラー光を除去して、ポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を出力し、
   前記後段伝送路は、前記複素共役光生成部から出力されるポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を前記光増幅部に送り、
   前記光増幅部は、
   前記後段伝送路から送られる出力アイドラー光及び出力シグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を含む出力合波光を出力し、
   第１分散補償機構に含まれる前記前段伝送路は、前記入力合波光として前記合波光を前記複素共役光生成部に送り、
   前記ｎが２以上の場合は、第ｎ分散補償機構に含まれる前記前段伝送路は、前記入力合波光として、第ｎ―１分散補償機構に含まれる前記光増幅部からの出力合波光を前記複素共役光生成部に送り、
   前記前段伝送路及び前記後段伝送路における波長分散量が同程度である
   ことを特徴とする光伝送システム。
2. 前記複素共役光生成部は、分波部、ポンプ光再生部、第１合波部、第１非線形光学素子、第１フィルタ、第２合波部、第２非線形光学素子、第２フィルタ及び第３合波部を備え、
   前記分波部は、前記入力合波光を、該入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光、及び入力アイドラー光に３分岐して、ポンプ光を前記ポンプ光再生部に、入力シグナル光を前記第１合波部に、及び入力アイドラー光を前記第２合波部に、それぞれ送り、
   前記ポンプ光再生部は、ポンプ光の強度を再生し、再生したポンプ光を３分岐し、３分岐されたポンプ光を前記第１合波部、前記第２合波部及び前記第３合波部に送り、
   前記第１合波部は、入力シグナル光及びポンプ光を合波し、入力シグナル光及びポンプ光を含む第１合波光を前記第１非線形光学素子に送り、
   前記第１非線形光学素子は、前記第１合波光に含まれる入力シグナル光及びポンプ光に基づき、入力シグナル光の複素共役光として出力アイドラー光を生成し、入力シグナル光、出力アイドラー光及びポンプ光を前記第１フィルタへ送り、
   前記第１フィルタは、入力シグナル光及びポンプ光を除去して、出力アイドラー光を前記第３合波部に送り、
   前記第２合波部は、入力アイドラー光及びポンプ光を合波し、入力アイドラー光及びポンプ光を含む第２合波光を前記第２非線形光学素子に送り、
   前記第２非線形光学素子は、前記第２合波光に含まれる入力アイドラー光及びポンプ光に基づき、入力アイドラー光の複素共役光として出力シグナル光を生成し、入力アイドラー光、出力シグナル光及びポンプ光を前記第２フィルタへ送り、
   前記第２フィルタは、入力アイドラー光及びポンプ光を除去して、出力シグナル光を前記第３合波部に送り、
   前記第３合波部は、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を合波して出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記ｎが偶数である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送システム。
4. 前記前段伝送路及び前記後段伝送路がＳＭＦである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光伝送システム。
5. アイドラー光生成過程と、
   第１〜第ｎ（ｎは１以上の整数）段の分散補償過程と
   を備え、
   前記アイドラー光生成過程では、ポンプ光及びシグナル光に基づいてアイドラー光を生成し、シグナル光、ポンプ光及びアイドラー光を含む合波光を出力し、
   前記分散補償過程は、
   入力合波光に第１の波長分散量を与える第１過程と、
   前記入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光として前記入力合波光に含まれるシグナル光、及び入力アイドラー光として前記入力合波光に含まれるアイドラー光に基づき、
   入力シグナル光の複素共役光として、前記第１過程において前記入力シグナル光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力アイドラー光を生成し、
   入力アイドラー光の複素共役光として、前記第１過程において前記入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力シグナル光を生成し、
   入力シグナル光及び入力アイドラー光を除去して、ポンプ光、出力アイドラー光、出力シグナル光を出力する第２過程と、
   出力アイドラー光、出力シグナル光に第２の波長分散量を与える第３過程と、
   出力アイドラー光及び出力シグナル光の強度をパラメトリック増幅によって増幅し、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を含む出力合波光を出力する第３過程と、
   を含み、
   第１分散補償過程では、前記入力合波光として前記合波光に対して、前記分散補償過程を行い、
   前記ｎが２以上の場合は、第ｎ分散補償過程では、前記入力合波光として、第ｎ―１分散補償過程で出力される出力合波光に対して、前記分散補償過程を行い、
   前記第１の波長分散量と前記第２の波長分散量が同程度である
   ことを特徴とする光伝送方法。
6. 分波部、ポンプ光再生部、第１合波部、第１非線形光学素子、第１フィルタ、第２合波部、第２非線形光学素子、第２フィルタ及び第３合波部を備え、
   前記分波部は、前記入力合波光が入力され、該入力合波光に含まれるポンプ光、入力シグナル光、及び入力アイドラー光に３分岐して、ポンプ光を前記ポンプ光再生部に、入力シグナル光を前記第１合波部に、及び入力アイドラー光を前記第２合波部に、それぞれ送り、
   前記ポンプ光再生部は、ポンプ光の強度を再生し、再生したポンプ光を３分岐し、３分岐されたポンプ光を前記第１合波部、前記第２合波部及び前記第３合波部に送り、
   前記第１合波部は、入力シグナル光及びポンプ光を合波し、入力シグナル光及びポンプ光を含む第１合波光を前記第１非線形光学素子に送り、
   前記第１非線形光学素子は、前記第１合波光に含まれる入力シグナル光及びポンプ光に基づき、入力シグナル光の複素共役光として、前記入力シグナル光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力アイドラー光を生成し、入力シグナル光、出力アイドラー光及びポンプ光を前記第１フィルタへ送り、
   前記第１フィルタは、入力シグナル光及びポンプ光を除去して、出力アイドラー光を前記第３合波部に送り、
   前記第２合波部は、入力アイドラー光及びポンプ光を合波し、入力アイドラー光及びポンプ光を含む第２合波光を前記第２非線形光学素子に送り、
   前記第２非線形光学素子は、前記第２合波光に含まれる入力アイドラー光及びポンプ光に基づき、入力アイドラー光の複素共役光として、前記入力アイドラー光に生じた累積波長分散の符号が反転した出力シグナル光を生成し、入力アイドラー光、出力シグナル光及びポンプ光を前記第２フィルタへ送り、
   前記第２フィルタは、入力アイドラー光及びポンプ光を除去して、出力シグナル光を前記第３合波部に送り、
   前記第３合波部は、ポンプ光、出力アイドラー光及び出力シグナル光を合波して出力する
   ことを特徴とする複素共役光生成部。

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